花生四烯酸
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花生四烯酸（20:4Δ5c,8c,11c,14c），簡稱AA或ARA，是一種廣泛存在於細胞膜上的ω-6脂肪酸，同時亦是一種條件性必需脂肪酸。作為類花生酸最主要的生物前體，花生四烯酸在體內有著一定的生物活性。它可以通過一系列級聯反應（arachidonic acid cascade）轉化為多種信號分子，間接作用於炎症反應介導及突觸傳導等的細胞信號傳遞過程，同時亦能直接作為第二信使參與以上過程的調控。作為細胞膜上部分甘油磷脂的組成部分，它亦有著控制細胞膜流動性的角色。[2]從發育上而言，足夠的花生四烯酸對腦部發展有着一定重要性。然而其對相關機能的作用及機制仍有待釐清。
| 花生四烯酸 | |||
|---|---|---|---|
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| IUPAC名 (5Z,8Z,11Z,14Z)-5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid | |||
| 系统名 (5Z,8Z,11Z,14Z)-Icosa-5,8,11,14-tetraenoic acid[1] | |||
| 英文名 | Arachidonic acid | ||
| 别名 | 全順式-5,8,11,14-二十碳四烯酸 all-cis-5,8,11,14-Eicosatetraenoic acid | ||
| 缩写 | AA; ARA | ||
| 识别 | |||
| CAS号 | 506-32-1  | ||
| PubChem | 444899 | ||
| ChemSpider | 392692 | ||
| SMILES |
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| InChI |
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| Beilstein | 1713889 | ||
| 3DMet | B00061 | ||
| EINECS | 208-033-4 | ||
| ChEBI | 36306 | ||
| RTECS | CE6675000 | ||
| DrugBank | DB04557 | ||
| KEGG | C00219 | ||
| MeSH | Arachidonic+acid | ||
| 性质 | |||
| 化学式 | C20H32O2 | ||
| 摩尔质量 | 304.47 g·mol−1 | ||
| 精确质量 | 304.240230268 g mol-1 | ||
| 密度 | 0.922 g/cm3 | ||
| 熔点 | -49 °C（224 K） | ||
| 沸点 | 169-171 °C（442-444 K）（at 0.15 mmHg） | ||
| log P | 6.994 | ||
| pKa | 4.752 | ||
| 危险性 | |||
| 警示术语 | R：R19 | ||
| NFPA 704 |
 1
1
0
| ||
| 闪点 | 113 °C | ||
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
此脂肪酸可經人體自行合成或從食物中攝取。動物食品是此脂肪酸的主要攝取來源，當中以魚類和蛋最為豐富。而植物食品等攝取來源普遍含有偏低含量，因此素食者或需從植物油等替代來源攝取花生四烯酸。[3]
歷史编辑
化學結構编辑
在化學結構上，花生四烯酸是一個由二十個碳原子所組成而含有四個順式雙鍵的羧酸長鏈；從ω端數起，第一個雙鍵位於第六個碳原子之上。[1]
生物合成及必需性编辑
| 步驟 | 催化酶 | 中間產物 |
|---|---|---|
| 1 | ∆6-去飽和酶 | γ-次亞麻油酸 |
| 2 | 加長酶 | 雙同-γ-次亞麻油酸 |
| 3 | ∆5-去飽和酶 | 花生四烯酸 （最終產物） |
在動物中花生四烯酸的合成主要在肝臟進行，由亞油酸作為底物在去飽和酶和加長酶的作用下完成轉化[2]。受此途徑的限速酶∆6-去飽和酶的能力所限制，細胞中的花生四烯酸含量不會隨亞油酸的膳食攝取改變而顯著提升[4]。植物因欠缺相關的酶而不具備將亞油酸轉化為花生四烯酸的能力[3]。
人類编辑
花生四烯酸對人類而言是一種條件性必需脂肪酸。因成年人體的自行合成能力一般能滿足其身體所需，但亦存在著缺乏亞油酸等例外情況。[4][5]嬰兒階段的合成能力一般非常有限，故在此條件下花生四烯酸亦會有著高度必須性。[6]
貓编辑
食物攝取编辑
攝取需求编辑
攝取來源编辑
| 來源[3] | 每100克含量 （mg） |
|---|---|
| 肉類 | |
| 雞肉 （生） | 79 - 104 |
| 豬肉 （生） | 68 - 80 |
| 牛肉 （生） | 24 - 40 |
| 海產類 | |
| 沙丁魚 （罐頭） | 160 - 190 |
| 三文魚 （生） | 31 - 127 |
| 奶蛋類 | |
| 雞蛋 （生） | 150 - 156 |
| 忌廉芝士 | 38 - 50 |
細胞中的儲存及釋放编辑
去醯化-再醯化循環编辑
游離花生四烯酸分子有著細胞傳信的角色，因此在細胞處於穩態時它會參與膜磷脂的去醯化-再醯化循環[a]，而以甘油磷脂的形式被儲存在細胞膜或細胞內膜之中。經從頭合成途徑合成的甘油磷脂分子一般只帶有飽和或單不飽和脂肪酸鏈。在此循環中它們會先被水解釋放出sn-2位置上[b]的脂肪酸鏈（去醯化），導致溶血磷脂載體的生成。溶血磷脂再與被活化的自由脂肪酸[c]結合（再醯化），重新形成完整的甘油磷酸分子。因再醯化步驟的酶對多不飽和脂肪酸尤其花生四烯酸等有著選擇性[7]，重塑後的甘油磷酸的脂肪酸鏈組合一般具有更高的多樣性及不對稱性，從而能夠影響細胞膜的流動性，使其穩態得以維持。這些甘油磷脂隨後便會被轉移到細胞膜或內膜上，並有機會再進入新的循環。[8][9]
磷脂酶A2水解過程编辑
花生四烯酸的動員過程由去酰化步驟所涉及的磷脂酶A2（PLA2）控制。在細胞處於穩態時該酶的各種亞型中僅有非鈣離子依賴亞型（iPLA2）處於活躍狀態，此條件下的再醯化步驟速率一般高於去醯化，使胞內游離脂肪酸的濃度能維持在極低水平。[10]在需要動員游離花生四烯酸的時候，該酶的胞質亞型（cPLA2）便會被大量活化促使此循環傾向去醯化的過程。與此同時它對花生四烯酸的高度選擇性將導致其大量的淨釋放，以脫離此代謝循環進一步轉化為下游產物。[11]
花生四烯酸級聯反應编辑
隨著組織損傷或病原體入侵所觸發的炎症反應，cPLA2便會被活化並轉移到細胞內膜進行水解。被釋放出的自由花生四烯酸隨後便會通過不同代謝途徑而被逐步轉化成不同的類花生酸，這一系列的酶促反應被稱之為‘花生四烯酸級聯反應’。所衍生的類花生酸在炎症反應的介導中有著不同角色，影響著炎症反應的發展及緩解過程。另一方面花生四烯酸級聯反應亦涉及中樞神經系統的機能，但與其在炎症反應中的角色不同，在腦部中的花生四烯酸級聯反應更牽涉對神經元興奮性和突觸傳導的調節，影響着可興奮細胞的活動。
代謝過程编辑
cPLA2活化编辑
cPLA2作為啟動此級聯反應的關鍵酶，與ARA的釋放以及下游產物產量的調控息息相關。cPLA2的活化需要通過胞內鈣離子對N端一個C2結構域的結合以及由MAPK所介導在 Ser-505 殘基上的磷酸化等機制共同促成。這些機制在炎性反應的過程中能由一系列不同的第一信使和炎性刺激物所觸發，包括病原體上的病原相關分子模式(PAMP)，由被活化的免疫細胞所大量分泌的胞外ATP[d]，以及組織胺和緩激肽等G蛋白偶聯受體(GPCR)的激動劑[e]。它們分別結合到類鐸受體(TLR4)，嘌呤受體(P2X7/P2Y2)，和不同G蛋白偶聯受體。前兩者通過MAPK途徑活化MAPK，再由MAPK磷酸化絲胺酸殘基。而GPCR則通過Gαq途徑活化磷脂酶C，再分別活化MAPK途徑和提升胞內鈣離子的濃度。經過以上一連串信號傳遞過程cPLA2得以被活化。
類花生酸合成编辑
被釋放出的花生四烯酸小部分會被重新併入細胞膜中，其餘便會通過環氧合酶、脂氧合酶和細胞色素P450等三個途徑而被轉化為不同類別的類花生酸。環氧合酶途徑的主要產物包括一系列前列腺素和血栓素、脂氧合酶途徑中的各種亞型分別產生多種不同的HPETE，它們可被進一步轉化為相應的HETE或各種白三烯和脂氧素、其他HETE類別中的成員以及EET系列的產物則通過細胞色素P450途徑而被合成。
各種細胞只會特定表達部分的類花生酸合成酶，令細胞在獨立合成時的產物複雜性被極大限制。在炎症反應的發展過程中為了克服這種限制，於患處大量聚集的免疫細胞會通過代謝中間產物在不同類別免疫細胞之間的跨細胞運輸來達成較複雜的類花生酸分子的合成。[12]
在中樞神經系統中花生四烯酸亦會被轉化為花生四烯乙醇胺和2-花生四烯酸甘油酯等兩種內源性大麻素，作用於大麻素受體以調控突觸傳導過程。[12]
臨床意義编辑
痛症治療编辑
心血管疾病编辑
阿茲海默症编辑
第二信使角色编辑
花生四烯酸除了經由其脂類代謝產物參與炎症反應及細胞興奮性的調節外，亦能通過直接作用於不同的離子通道或活化特定的酶而發揮作用。
NADH氧化酶编辑
電壓門控離子通道编辑
腦部编辑
註釋编辑
参考文献编辑
- ^ 1.0 1.1 CID 231 from PubChem
- ^ 2.0 2.1 Hatem Tallima, Rashika El Ridi. Arachidonic acid: Physiological roles and potential health benefits – A review. Journal of Advanced Research. 2017-11-24. doi:10.1016/j.jare.2017.11.004.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Hiroshi Karashima. Intake of arachidonic acid-containing lipids in adult humans: dietary surveys and clinical trials. Lipids in Health and Disease. 2019-04-16. doi:10.1186/s12944-019-1039-y.
- ^ 4.0 4.1 Rett, B.S., Whelan, J. Increasing dietary linoleic acid does not increase tissue arachidonic acid content in adults consuming Western-type diets: a systematic review.. Nutr Metab (Lond). 10/06/2011. doi:10.1186/1743-7075-8-36.
- ^ N Salem Jr, R Pawlosky, B Wegher, J Hibbeln. In vivo conversion of linoleic acid to arachidonic acid in human adults. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 1999 May-Jun. doi:10.1016/s0952-3278(99)80021-0.
- ^ Kevin B. Hadley, Alan S. Ryan, Stewart Forsyth 等. The Essentiality of Arachidonic Acid in Infant Development. Nutrients. 12/04/2016. doi:10.3390/nu8040216.
- ^ Hideo Shindou, Takao Shimizu. Acyl-CoA:LysophospholipidAcyltransferases. JBC Papers in Press. 2008-08-21. doi:10.1074/jbc.R800046200.
- ^ JesúsBalsinde, Edward A.Dennis. Function and Inhibition of Intracellular Calcium-independent Phospholipase A2. Journal of Biological Chemistry. 1997-06-27. doi:10.1074/jbc.272.26.16069.
- ^ Liping Wang,a Wenyun Shen,a Michael Kazachkov 等. Metabolic Interactions between the Lands Cycle and the Kennedy Pathway of Glycerolipid Synthesis in Arabidopsis Developing Seeds. The Plant Cell. 2012-11-24. doi:10.1105/tpc.112.104604.
- ^ Gema Pérez-Chacón, Gema Pérez-Chacón, Violeta Ruipérez 等. Signaling Role for Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3 in Receptor-Regulated arachidonic Acid Reacylation Reactions in human Monocytes. The Journal Immunology. 2009-12-16. doi:10.4049/jimmunol.0902257.
- ^ Edward A Dennis, Paul C Norris. Eicosanoid Storm in Infection and Inflammation. Nature Reviews Immunology. Jul 2015. doi:10.1038/nri3859.
- ^ 12.0 12.1 Violette Said Hanna, Ebtisam Abdel Aziz Hafez. Synopsis of arachidonic acid metabolism: A review. Journal of Advanced Research. 2018-05-11. doi:10.1016/j.jare.2018.03.005.
外部連結编辑
- Arachidonic Acid at acnp.org
- 醫學主題詞表（MeSH）：Arachidonic+Acid